FR2581441A1 - Enceinte etanche pour fluides a haute pression - Google Patents

Abstract

ENCEINTE ETANCHE POUR FLUIDES A HAUTE PRESSION DU TYPE COMPORTANT UN CORPS CENTRAL TUBULAIRE FERME A SES DEUX EXTREMITES PAR DEUX BOUCHONS, CARACTERISEE PAR LE FAIT QU'ELLE COMPORTE AU MOINS UN BOUCHON 2, 3, 20 DONT LE DIAMETRE EXTERNE EST EGAL AU DIAMETRE INTERNE DUDIT CORPS CENTRAL 1, 21, LEDIT BOUCHON ETANT INSERE A L'INTERIEUR DE L'ORIFICE TUBULAIRE DUDIT CORPS CENTRAL ET ETANT BLOQUE CONTRE TOUT EFFORT TENDANT A LE FAIRE SORTIR PAR UN JONC TORIQUE 4 REPOSANT D'UNE PART SUR UN EPAULEMENT CIRCULAIRE OBLIQUE 5 MENAGE DANS LEDIT BOUCHON 2, 3, 20 ET D'AUTRE PART DANS UNE GORGE CYLINDRIQUE 6 MENAGEE DANS LA PAROI INTERNE DU CORPS CYLINDRIQUE 1, 21, LA PENTE DE L'EPAULEMENT OBLIQUE 6 ET LA POSITION DE LA GORGE CYLINDRIQUE D ETANT DETERMINEES DE FACON QUE LE JONC TORIQUE 4 TRAVAILLE EN COMPRESSION ET QUE LA RESULTANTE R DES EFFORTS DE COMPRESSION APPLIQUES SUR LE JONC SOIT PORTEE PAR UNE DROITE TRAVERSANT TOUTE L'EPAISSEUR E DU CORPS 1, 21 DE L'ENCEINTE.

Description

La présente invention a pour objet une enceinte étanche pour fluide à

haute pression, cette enceinte pouvant être un réservoir de gaz comprimé aussi bien qu'un accumulateur hydraulique rempli pour partie d'un gaz comprimé et pour partie d'un liquide

hydraulique sous pression.

Il est connu de réaliser des enceintes de ce genre sous la forme d'une bouteille en acier d'un seul morceau de façon que cette bouteille ne présente aucune zone de faiblesse. Dans le cas o cette enceinte est destinée à la réalisation d'un accumulateur hydraulique, on introduit par le goulot une vessie déformable que l'on munit d'un bouchon et que l'on remplit d'un gaz sous pression; tandis que l'on dispose sur le côté du

goulot une arrivée pour le liquide hydraulique.

Dans le cas o cette enceinte est destinée à contenir uniquement un gaz sous pression tel que air comprimé, gaz combustible, azote, hydrogène ou oxygène, on fixe

un robinet sur le goulot.

Ce genre d'enceinte présente de nombreux inconvénients. Dans le cas d'emploi de ces enceintes pour contenir du gaz comprimé, l'inconvénient majeur est le poids de ces bouteilles qui est considérable par rapport au faible poids du gaz contenu; cela est notamment le cas pour le cas des bouteilles destinées

à contenir les mélanges gazeux pour chalumeaux oxy-

driques ou encore pour les bouteilles d'air comprimé pour les plongeurs sous-marins. L'autre inconvénient

provient de ce que les parois internes de ces bouteil-

les s'oxydent plus ou moins à l'usage, ce qui exige des vérifications et des ré-épreuves régulières de ces bouteilles. Le nettoyage des parois internes de ces bouteilles au moyen d'un outil que l'on introduirait par le goulot est pratiquement impossible de sorte que l'on est amené à mettre ces bouteilles à la réforme de façon prématurée. Les bouteilles de plongée sous-marine par exemple doivent être passées au banc

d'essai tous les cinq ans, opérations au cours des-

quelles elles sont sablées intérieurement; or ce sablage n'est jamais satisfaisant car il est impossi- ble de sabler correctement et de façon uniforme un

récipient fermé à son extrémité.

D'autre part, les travaux de la demanderesse l'ont amenée à constater qu'une enceinte fermée dont la paroi interne est polie résiste mieux à la fatigue, due à l'alternance de mise en pression et hors pression, qu'une paroi rugueuse. En effet la demanderesse a fait

subir des cycles de mise en pression suivie d'annula-

tion de pression à une enceinte constituée par un tube cylindrique, fermé à ces deux extrémités, dont la paroi interne n'avait pas été usinée: ce tube a présenté des symptômes de fatigue du métal après un million de

cycles. Un tube identique a alors été usiné intérieure-

ment, ce qui a évidemment diminué 1.'épaisseur du métal;

puis ce tube a été soumis aux mêmes variations de pres-

sion que le tube précédent. Ce deuxième tube ne pré-

sentait aucun symptôme de fatigue de métal après un million de cycles; l'essai a été repris et l'on a pu constater qu'il n'y avait aucune trace de fatigue du métal ni après 2 millions de cycles ni même après 3 millions de cycles. Cet essai a été répété un certain

nombre de fois avec-des tubes de longueurs et d'épais-

seurs différentes et les résultats ont toujours été

les mêmes. Il en résulte donc que la tenue à la fati-

gue d'une enceinte devant contenir des fluides liqui-

des ou gazeux sous-pression est-considérablement améliorée si la paroi interne de l'enceinte est usinée de façon à être polie, mais cela est impossible avec

les bouteilles usuelles à goulot et à fond fermé.

Dans le brevet français n 81/03926 au nom du demandeur, on a décrit un accumulateur hydraulique constitué par un tube cylindrique muni d'un bouchon à chacune de ses extrémités, ces deux bouchons étant maintenus contre les deux extrémités du tube par une pluralité de tirants extérieurs, ces tirants étant mis au préalable en précontrainte. Cette disposition donne d'excellents résultats mais elle est chère parce qu'elle exige des tirants en acier spéciaux de haute qualité. La présente invention a pour objet de pallier tous ces inconvénients et concerne une enceinte pour fluides gazeux ou liquides sous pression qui est

de fabrication très économique.

L'enceinte pour fluides gazeux ou liquides

sous pression selon la présente invention est consti-

tuée par un corps central tubulaire, intérieurement poli, obturé à chacunede ses extrémités par un bouchon

disposé à l'intérieur du corps tubulaire, chaque bou-

chon étant bloqué contre tout effort tendant à le faire sortir hors du corps tubulaire par un jonc torique en acier reposant d'une part sur un épaulement oblique ménagé dans le bouchon et d'autre part dans une gorge cylindrique ménagée dans la paroi du corps cylindrique, la fente de l'épaulement oblique du bouchon et la position de la gorge cylindrique du corps cylindrique étant déterminées de façon que la résultante des efforts appliqués sur le jonc soit portée par une ligne traversant toute l'épaisseur de la paroi dudit corps cylindrique.

A titre d'exemple et pour faciliter la compré-

hension de l'invention, on a représenté aux dessins annexés: figure 1, une vue schématique en demi-coupe d'une enceinte selon l'invention; 35. figure 2, une vue à échelle agrandie d'un détail de la figure 1; figures 3 à 5, trois vues en coupe longitudinale d'accumulateurs de différents volumes réalisés conformément à l'invention; figure 6, une vue en coupe longitudinale

d'un accumulateur simplifié.

La figure 1 représente de façon schématique le montage d'une enceinte pouvant résister à de hautes pressions internes, cette enceinte étant par exemple

destinée à contenir un gaz comprimé à haute pression.

Cette enceinte est constituée par un corps central tubulaire 1, poli intérieurement et ouvert à ses deux extrémités qui sont fermées-chacune par un bouchon 2 et 3. Dans l'exemple représenté, les bouchons 2 et 3 sont identiques. Chaque bouchon 2 et 3 a un diamètre externe égal au diamètre interne du corps tubulaire 1 et est enfoncé à l'intérieur de l'extrémité correspondante dudit corps tubulaire. Le blocage de chaque bouchon 2 ou 3 contre tout déplacement hors du corps tubulaire 1 est réalisé au moyen d'un jonc

torique 4.

Comme cela est illustré de façon plus précise sur la figure 2, chaque bouchon 2 Ou 3 comporte une couronne circulaire 5 inclinée de façon que le contact entre le jonc 4 et le bouchon 2 ou 3 se fasse selon une surface inclinée. Il en résulte que la force d'impulsion agissant sur le bouchon 2 ou 3 s'exerce

sur le jonc 4 selon une résultante R qui est perpendi-

culaire à la surface 5 et passe par le centre du jonc 4.

Ce dernier repose dans une gorge circulaire 6 dont la

section semi-circulaire est de même rayon que le jonc 4.

Les divers essais auxquels a procédé la demanderesse ont montré que la pente de l'épaulement circulaire oblique 5 devait être comprise entre 30 et de façon que l'angle A que fait la résultante R avec la direction axiale du corps central 1 soit compris entre 30 et 45 . Cette disposition a pour effet que le jonc torique 4 travaille en compression et non pas en cisaillement. Les essais ont en effet démontré que lorsque le jonc torique 4 travaille en cisaillement sous des pressions supérieures à 250 bars, il était détruit en moins d'un million de cycles; alors qu'il

résiste parfaitement lorsqu'il travaille en compres-

sion. Cependant, le fait que le jonc torique 4 travaille en compression a pour résultat que les forces résultantes R tendent à évaser l'extrémité du tube 1. Cet évasement peut atteindre des dimensions

telles que le bouchon 2 ou 3 s'échappe.

Les travaux de la demanderesse ont permis de constater que même si l'on calcule l'épaisseur "E" de la paroi du tube central 1 pour que ledit tube puisse résister, sans fatigue du métal, à la pression maximum, l'extrémité du tube s'évase si l'on ne prend

pas une précaution supplémentaire consistant à déter-

miner la distance "D" entre l'extrémité du tube 1 et le jonc 4 de telle sorte que la résultante R traverse toute l'épaisseur de la paroi du tube 1. En d'autres

termes, en se reportant à la figure 2, la droite por-

tant la résultante R doit être en dessous de la posi-

tion limite figurée par la droite "L" représentée en tiretés. De préférence, comme cela est représenté à

la figure 2, on détermine "D" avec une marge de sécu-

rité suffisante pour être sûr que R est toujours en

dessous de "L".

Comme indiqué précédemment, la surface interne du tube 1 est usinée de façon à supprimer les défauts de surfaces, mais il n'est pas nécessaire

de procéder à un polissage de finition.

La pression régnant en V applique fortement

les deux bouchons 2 et 3 contre les joncs 4 et l'étan-

chéité est obtenue par des joints 8 de type usuel.

Cependant, il faut éviter que lorsqu'il n'y a plus de pression les bouchons 2 et 3 ne coulissent à l'intérieur du tube 1. Dans ce brevet chaque bouchon 2 ou 2 comporte un filetage 9 qui vient se visser dans le filetage correspondant ménagé dans l'orifice central 10 d'une coupelle 11 qui vient prendre appui sur l'extrémité du tube 1. De preférence, chaque coupelle 11 est centrée sur le tube 1 par un rebord 12 qui s'embotte dans un épaulement 13, de forme correspondante, ménagé

sur le pourtour de l'extrémité du tube 1.

L'enceinte aux figures 1 et 2 permet de réa-

liser de façon très économique des enceintes destinées à recevoir des gaz sous pression, qui présentent, en plus l'avantage d'être moins lourdes que les bouteilles actuellement utilisées et surtout l'avantage d'être très facilement vérifiées puisqu'il suffit de dévisser les coupelles Il pour faire coulisser les bouchons, ce qui permet d'enlever les joncs 4 et les deux bouchons: les surfaces internes des parois en contact avec le

gaz sous pression peuvent alors être inspectées, véri-

fiées, nettoyées ou polies si nécessaire.

Le mode de réalisation décrit aux figures 1 et 2 est une simple enceinte ou bouteille pouvant recevoir un fluide unique sous pression, en sereportant aux figures 3 à 5 on voit qu'une telle enceinte peut très avantageusement être utilisée-pour réaliser un accumulateur oléopneumatique. Il suffit en effet de remplacer un des joints 8 par une membrane souple en caoutchouc 14. En se reportant aux figures 3 à 5, on voit que la membrane 14 comporte un talon 15 qui vient à la place du joint d'étanchéité 8 du bouchon 3. De plus le bouchon 3 comporte une valve 16 permettant d'introduire un gaz comprimé, de l'azote par exemple dans-l'enceinte M, à l'intérieur de la poche définie par la membrane 14 et le bouchon 3; tandis que le bouchon 2 est percé d'un conduit 17 qui permet de

relier l'enceinte N à un circuit hydraulique.

Les figures 4 et 5 représentent des accumu-

lateurs oléo-pneumatiques identiques en tous points à celui de la figure 3, seule la longueur du tube 1 et de la membrane 14 ayant été modifiée. On voit que l'on peut ainsi, à partir d'éléments standard, réaliser une

gamme complète d'accumulateurs de capacités différen-

tes. (On peut de la même façon avoir des bouteilles telles que celle de la figure 1, ayant des volumes V différents). La figure représente une variante simplifiée

de l'accumulateur oléo-pneumatique des figures 3 à 5.

Cet accumulateur ne comporte qu'un seul bouchon 2 parce que le corps central 21 n'a qu'une ouverture cylindrique, dans laquelle est placé ledit bouchon 20, l'autre extrémité du corps central 21 comportant un goulot 22 de forme usuelle. Cette disposition permet

comme précédemment de démonter facilement l'accumula-

teur en enlevant le bouchon 20 de sorte que toute la paroi interne du corps central 21 est accessible pour

toute opération de vérification, nettoyage ou autre.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Enceinte étanche pour fluides à haute pres-

sion du type comportant un corps central tubulaire fermé à ses deux extrémités par deux bouchons, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un bouchon (2,3,20} dont le diamètre externe est égal au diamètre interne dudit corps central (1, 21), ledit bouchon étant inséré à l'intérieur de l'orifice tubulaire dudit corps central et étant bloqué contre tout effort tendant à le faire sortir par un jonc torique (4) reposant d'une part sur un épaulement circulaire oblique (5) ménagé dans ledit

bouchon (2,3,20) et d'autre part dans une gorge cylin-

drique (6) ménagée dans la paroi interne du corps cylindrique (1,21), la pente de l'épaulement oblique (6) et la position de la gorge cylindrique (D) étant déterminées de façon que le jonc torique (4) travaille en compression et que la résultante (R) des efforts de compression appliqués sur le jonc soit portée par une droite traversant toute l'épaisseur (E) du corps

(1,21) de l'enceinte.

2. Enceinte selon la revendication 1, carac-

térisée par le fait que le corps de l'enceinte (2)

comporte à une extrémité un goulot (22), l'autre extré-

mité étant une ouverture cylindrique munie d'un bou-

chon (20).

3. Enceinte selon la revendication 1, carac-

térisée par le fait que le corps de l'enceinte (1) est tubulaire, ouvert à ses deux extrémités qui coportent

chacune un bouchon (2,3).

4. Enceinte selon la revendication 2, ou 3 dans laquelle chaque bouchon (2,3,20) comporte un joint

d'étanchéité (8).

5. Enceinte selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle un des deux joints d'étanchéité est remplacé par le talon (15) d'une membrane en caoutchouc (44) divisant le volume intérieur de l'enceinte en deux

enceintes séparées (M, N) de façon à constituer un accu-

mulateur oléo-pneumatique.